[发明专利]具有直接附接的散热器的半导体装置

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及电子系统和半导体装置领域，且更具体而言涉及具有集成金属芯片支持和散热器的热增强半导体装置。

背景技术

移除有源组件产生的热量在集成电路技术中属于最基本的挑战。伴随日益缩小的组件特征大小和日益提高的装置集成密度而来的是功率密度和热量产生的日益增加。然而，为使有源组件保持处于其低操作温度和高速度，必须将这种热量连续地驱散并移除至外部散热设备。能量密度越来越高，这一努力也变得日益困难。

在已知技术中，一种热移除的方法具体针对具有金属引线的装置，其集中于通过半导体芯片从有源表面至无源表面的厚度来进行热传送。接下来，将无源表面附接至金属引线框的芯片安装衬垫，以使得热量可以流至金属引线框的芯片安装衬垫内。典型的聚合物附接材料层代表热阻隔层。在合适地形成时，引线框可以充当至外部散热设备的散热器。在大量半导体包装设计中，这意味着引线框的一部分的形成使得这一部分突出于塑料装置封装外，因此这一部分可直接附接至外部的散热设备。在其中不存在可用的外部散热设备的应用中，在由于包装越来越薄的趋势驱动而不得不降低引线框金属厚度时，暴露的引线框变得不太有效。

已知技术的另一方法具体针对不具有引线框的球形网格阵列装置，其使用在半导体芯片的有源表面附近以距有源表面的电连接安全的距离间隔开的散热器。在这一方法中，热必须首先通过制模材料(通常是填充有无机微粒的环氧树脂，一种普通的热导体)的宏观厚度进行传播，且随后仅进入金属散热器。散热器通常定位于制模包装的表面上；在其他装置中，其被嵌入制模包装中。

由于在制模过程中稳定所述散热器的需要，将散热器添加(“落入”)至组合装置的方法一般并不有利；否则，在制模步骤期间可能出现旋转及/或横向移动。

发明内容

因此，越来越需要一种低成本、热改良和机械稳定的结构，其不仅相对于传递制模过程而坚固耐用，且还足够灵活以适用于不同的半导体产品系列，且符合装置包装越来越薄的工业趋势。所述新结构应不仅满足高热量和电子性能需要，而且还应该实现对增强成品率和装置可靠性的目标改进。

本发明提供对集成电路-尤其是PDIP、SOIC和SOP系列-的热性能改进。本发明的一个实施例是由平面金属板制成的引线框，其具有多个可作为电连接器来操作的区段，及多个可作为经配置以夹持插入物体的机械耦合器来操作的非共面部件。这些部件的非共面由这些部件中对引线框的附接处附近的弯曲部提供。

本发明的另一实施例是一种由引线框和金属散热器组成的设备，其中引线框包括平面金属板。所述引线框包括多个可作为电连接器来操作的区段，及多个可作为经配置以夹持插入物体的机械耦合器来操作的非共面部件。散热器具有适合用于安装发热物体的中央衬垫，及多个在位置上分别匹配所述部件的位置的柄杆。这些柄杆分别与所述部件耦合。

在较佳实施例中，每一部件具有第一及第二末端，第一末端附接至引线框且第二末端形成为具有相对于平面板的突出物的夹钳，所述夹钳可操作以在所述柄杆的一者插入夹钳时夹持所述柄杆。较佳地，第二末端还具有弯曲部，以使得散热器的平面在其柄杆插入夹钳后与引线框的平面间隔开；因此在散热器和第一引线框区段末端之间产生间隙。

本发明的另一实施例是一种包括引线框的半导体装置，其中所述引线框包括多个具有第一和第二末端的区段，其中所述第一末端在第一平面内。所述装置进一步在第二平面内包括金属散热器；这一第二平面与所述第一平面间隔开一间隙。所述散热器具有第一及第二表面、适合用于在第一表面上安装发热物体的中央衬垫、和多个具有第一及第二末端的柄杆；第一柄杆末端附接至中央衬垫。半导体芯片安装于所述第一衬垫表面上，且电连接至第一区段末端。封装材料(较佳为制模复合物)包围所述芯片、电连接、第一区段末端及第一柄杆末端，且进一步填充所述间隙，但使第二散热器表面、第二区段末端及第二柄杆末端处于暴露状态。

本发明的另一实施例是一种用于制造上述半导体装置的方法。在其中用粘性封装材料填充散热器和第一引线框区段末端之间的间隙的工序之后，修整并移除包括散热器柄杆的插入部分的引线框部件，且可使第二区段末端形成以附接至外部元件。

本发明的技术优势是其为引线框夹钳的突出物提供低成本设计和结构选择。在一实施例中，所述突出物是相对于平面引线框板以大致直角形成且经配置以抓紧所述散热器柄杆的一者的凸缘。在另一实施例中，所述凸缘可包括突起波纹，所述波纹正对插入的散热器柄杆以使得波纹将插入的柄杆锁定于合适位置。

另一技术优势是通过使用已安装的设备基底用于引线框制造来实现本发明的创新，从而使得在新的制造机器方面无需任何投资。